Éghajlat, klíma Az életközösségekre, szupraindividuális rendszerekre ható kényszerfeltételek egy csoportja WMO def.: az éghajlati rendszer által véges időszak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága Éghajlati rendszer elemei: légkör hidroszféra krioszféra földfelszín bioszféra +ezek közötti kölcsönhatások Legfontosabb éghajlat alakító tényezők: besugárzás földrajzi elhelyezkedés (távolság az óceánoktól, tengeráramlatoktól) tengerszint feletti magasság
Visszacsatolások Melegszik a légkör Csökken a jég mennyisége Csökken az albedó Növekszik a CO 2 mennyisége Melegszik a légkör Növekszik a H 2 O koncentráció Hűl a légkör (több napsugárzás verődik vissza) Több lesz a felhő
Sugárzási törvények: 1. Planck tv.: E = f (λ -5,T) 2. Wien tv.: λ max = 2897 / T (eltolódási tv.) 3. Stefan-Boltzmann tv.: E=σ*T 4
UV-A: 315-380 nm UV-B: 280-320 nm Közeli IV: 0,8-5 µm Távoli IV: 5 µm-től
Egyes bolygók felszíni hőmérsékletei sugárzásmérések (a spektrum enregiaeloszlása alapján) Planck eloszlás, Wien törvénye
Üvegházhatás (H 2 O, CO 2, CH 4, N 2 O, O 3, CFC-k) Üvegházhatás nélkül a földi átlaghőmérséklet 33 C-kal lenne alacsonyabb.
Milyen irányú a Föld forgása? tévhitek : Télen a Föld távolabb van a Naptól mint nyáron Az északi sarkkörön túl mindig hideg van (de valami tényleg jellemző arrafelé)
Napállandó: 1360 Wm -2 (a Föld légkörének tetejére egységnyi merőleges felszínre egységnyi idő alatt érkező besugárzás)
Lambert-féle koszinusz törvény I= Io*cosΘ
Éghajlati övek (többféle osztályozás): SZOLÁRIS jellegű - csak a Nap évi járása alakítja ki, csillagászati elkülönítés 3 öv trópusi öv: a besugárzás mennyisége a legnagyobb, és legalább egyszer zeniten delel a Nap (térítők között) mérsékelt öv: a Nap minden nap felkel és lenyugszik, de egyszer sem delel a zenitben poláris öv: a sarkkörön túl, a besug. itt a legkisebb, a Nap évente legalább egyszer a horizont felett/alatt marad - az osztályozás hibái: túl kevés fajtát különböztet meg ezek területi megoszlása aránytalan a mérs. övön belül nagy különbségek vannak (itt nagyon szélsőségesek az égh. viszonyok) veszi figyelembe a földi tényezők hatását
TREWARTHA-FÉLE: 6 fő öv, 16 típus A] Trópusi nedves éghajlatok a hőm. sohasem < 0 C leghidegebb hónap középhőm. > 18 C évi hőingás kicsi évi csap.összeg > 1000mm, zöme záporeső. B] Száraz éghajlatok csap. évi összege < 500mm. A hőm. a jelentős földrajzi szélességbeli különbségek miatt nem egységes. C] Meleg-mérsékelt éghajlatok kifejezett évi hőingás. a leghidegebb hónap középhőm. is > 0 C. zömmel a közepes szélességeken találhatók, csak a kontinensek nyugati partvidékén húzódnak magasabb szélességekre (a meleg tengeráramlások miatt).
D] Hűvös éghajlatok hideg tél, meleg nyár, alacsonyabb évi kh ek. a közepes és magas szélességeken a kontinensek belsőbb részein alakulnak ki csap. évi összege 500-1000mm, nagy része nyáron hull le Magyarország: D1: Kontinentális égh. hosszabb meleg évszakkal E] Sarkvidéki éghajlatok hiányzik a meleg évszak. évi csap. összeg < 250mm, mégis vízfelesleg van gleccserek. F] Magashegyi éghajlatok hőm. felfelé csökk. csap. a magassággal nő több egymás fölött fekvő égh-i zóna állandó hóhatár a földrajzi szélesség szerint vált.
A Walter-Lieth klímadiagram tengerszint feletti magasság, az évi középhőmérséklet és az éves csapadékösszeg (10 éves átlag) havi bontású (átlag, összeg) A két függőleges tengely eltérő skálázása (hőmérséklet = 2 x csapadék (100 mm csap. felett 10xes skála)) teszi lehetővé a száraz és nedves időszakok előfordulásának bemutatását. Ahol a hőmérsékletet ábrázoló vonal a csapadékot ábrázoló vonal fölé fut, ott száraz időszakról van szó, s ez fordítva is igaz. A vízszintes tengelyen a satírozás azt az időszakot jelöli, amikor előfordulnak fagyos éjszakák, a teljes kitöltés pedig a 0 C alatti átlaghőmérsékletű napokat jelöli.
A légkör szerkezete: dt dz Troposzféra Az energiát a földfelszíntől kapja, így felfelé haladva csökken a hőmérséklet. A magassággal csökken a nyomás, és így a levegő sűrűsége is. Ebben a rétegben zajlanak az időjárási folyamatok. Átlagosan γ = 6,5 C/km DE! időjárástől, évszaktól függően ± 1 és 10 C/km között változhat Tropopauza: kb. 2km vastag rétegben a dt<2 C Az egyenlítő környékén kb. 14-16 km magasan van, a sarkoknál 6-8 km magasan. Csak szakadás esetén van anyagcsere a tropopauza és a felette lévő rétegek között.
A légkör szerkezete: dt dz Sztratoszféra: Hőmérséklet növekedés: az itt található jelentős mennyiségű ózon sugárzás (UV) elnyelése miatt. Sztratopauza: kb. 50 km ~ tropopauza Mezoszféra: a hőmérséklet újra csökken a magassággal, a hőmérséklet a légkörben a mezoszféra tetején a legalacsonyabb. Mezopauza: kb. 90 km Termoszféra: 90-400 km A hőmérséklet a molekulák rövid hullámú sugárzás elnyelése miatt emelkedik.
Általános légkörzés George Hadley, 1735 - Egyenlítő melegedés a tropopauzáig emelkedő levegő a sarkok felé áramlik, miközben a hosszúhullámú kisugárzás hűti nyomásnövekedés és visszaáramlás. A Föld forgásából származó eltérítő erő figyelembe vétele. William Ferrel, 1856 Három meridionális cellát tartalmaz (2 direkt, 1 indirekt) Jelentősége: első kísérlet a Coriolis erő korrekt figyelembevételére felvetette, hogy az egymással szomszédos cellák között a levegő jelentős keveredése következik be
Az általános légkörzés ma elfogadott modelljét a Defant testvérek, 1958 építettek fel. Alacsony szélességeken a Hadley cirkuláció dominál. Közepes szélességeken a szinoptikus skálájú hullámok, örvények kerülnek előtérbe, ezek a cellák nem zártak, a poláris eredetű hideg levegő a nagyméretű örvényekkel belép a trópusi övbe, miközben a meleg levegő hasonlóképpen északra hatol. Ráadásul ezek a mozgások 3D-ben zajlanak, így a mérséklet övi örvények nyugati oldalán délre tartó hideg levegő lesüllyed és szétterül, másrészt pedig a keletei oldalon északra tartó meleg levegő felemelkedik, és ott terül szét. 2 fő frontálzóna választja el őket egymástól, a szubtrópusi frontálzóna és a polárfront. Az Egyenlítő térségében és a sarkoknál viszonylag szabályos az áramlási kép.
Globális óceáni szállítószalag termohalin cirkuláció Szubpoláris eredetű (hideg, sós) víz lesüllyedése hajtja. Helyére az Egyenlítő térségéből érkezik meleg, sós víz. Kölcsönhatás az éghajlattal: Melegedés, több csapadék gyengül, vagy le is állhat a termohalin cirkuláció. Golf-áramlat éghajlat módosító hatás
ENSO - Normál állapot Normál esetben a szél Dél-Amerika felől fúj Indonézia felé. Dél-Amerika partjainál egy feláramlási zóna alakul ki A hideg és meleg vízfelszín eloszlása miatt Dél-Amerikánál száraz, Indonéziánál nedves időjárási viszonyok az uralkodóak.
El Niño A szél Indonézia felől fúj Dél-Amerika felé nincs feláramlás. Itt nedves viszonyok uralkodnak, míg a medence másik oldalán szárazak (erdőtüzek). Peruban kevesebb hal, bővebb termés. Az események a légkört instabillá teszik, nagy változásokat okozva ezzel a Föld jelentõs részének idõjárásában és csapadékában Korallok vizsgálata alapján a jelenség kb. 40-100E éve létezik.
La Niña A normálisnál hidegebb a tengerfelszín. A keleties passzátszelek megerősödnek Nagyon stabillá teszi a légkört, és közel ellentétes éghajlati hatásai vannak, mint az El Niño-nak. Fele olyan gyakran fordul elõ, mint az El Niño.
Észak Atlanti Oszcilláció (North Atlantic Oscillation, NAO) Normál állapot: izlandi ciklon D = alacsony nyomás azori anticiklon A = magas nyomás
Pozitív NAO (Észak-Atlanti Osszciláció) az átlagnál nagyobb szubtrópusi magas nyomású központ az átlagnál alacsonyabb nyomású izlandi ciklonnal. több és nagyobb téli vihart eredményez az Atlanti-óceánon, amelyek pályája északabbra van. Ennek hatásaként meleg és nedves a tél Európában, hideg és száraz a tél Észak-Kanadában és Grönlandon. Kelet-Amerikában ilyenkor enyhe és meleg tél uralkodik.
Negatív NAO gyenge szubtrópusi anticiklont és izlandi ciklont jelez A kelet-nyugat irányú mozgás legyengül. Ez inkább a mediterrán területekre visz nedves levegõt, jellemzõek a hideg levegõ kitörések és ezért a havas idõjárás. Grönlandon azonban enyhébb a tél.
Beérkező rövid és hosszúhullámú sugárzás Visszavert rövid- (albedo) és hosszúhullámú sugárzás A felszín hőmérsékletétől függő hosszúhullámú (infravörös) kisugárzás
A felszíni energia (nettó radiáció) melegítésre (talaj levegő), párolgásra (halmazállapot változás, látens hő), fotoszintézisre fordítódik.
Rn=H+LE+G+P Rn:nettó radiáció (összes -összes ) H: érzékelhető/szenzibilis hőáram L: a (víz) párolgás látens hőmennyisége (2 440J/g) E: evapotranszspiráció Bowen arány: H/(L*E) Ha kicsi a párolgás (látens hőáram) B nagy Sivatgok: 10 Száraz területek: 2-6 Mérsékelt övi gyepek, erdők: 0.4 0.8 Trópusi esőerdők: 0.2
A légkör évi átlagos sugárzási egyenlege Visszavert összesen Beérkező, rövidhullámú sugárzás Kimenő, hosszúhullámú sugárzás 31% A felhőkről, aeroszolokról, légköri gázokról visszavert 16+7% 20% A légkör által kibocsátott A felhők által kibocsátott Légköri ablak A légkör által felvett Üvegházhatású gázok Látens hő A felszínről visszavert 8% 49% Viszzasugárzás Forrás: IPCC, 2007 A felszín által felvett Szenzibilis hő Párolgás A felszín hosszúhullámú kisugárzása A felszín által felvett
Éghajlatváltozás Sugárzási kényszer: a globális energiamérlegben az éghajlati rendszer valamely elemének megváltozása által okozott kiegyensúlyozatlan ság (a sztratoszféra szintjében )
CO 2 280 ppm 389 ppm (2010) Ez magasabb, mint az elmúlt 650.000 évben valaha (180-300 ppm). A növekedés átlaga 2000-2010 között: 2 ppm/év (1995-2005: 1,9 ppm/év, 1960-2005: 1,4 ppm/év) Forrás: fosszilis tüzelőanyagok égetése, 6,4 GtC (1990) 7,2 GtC (2000-2005) földhasználati ágak megváltoztattása 1,5 GtC (1990)
CH 4 : 715 ppb 1774 ppb (2005) Ez magasabb, mint az elmúlt 650.000 évben valaha (320-790 ppb). A növekedés üteme azonban 1990- től csökken. Forrás: mezőgazdaság, fosszilis tüzelőanyagok (arány nem ismert) N 2 O: 270 ppb 319 ppb (2005) A növekedés üteme kb. 1980-tól állandó. Forrás: mezőgazdaság
1995-2006 közötti évekből a 11 legmelegebb 12 év közé tartozott. Lineáris trend: 1901-2000: 0,6 C 1906-2005: 0,74 C Vízgőz növekedés (1980) = amennyivel többet a meleglevegő be tud fogadni.
Extrém hőmérsékletek: Hideg napok, hideg éjszakák, fagyok: ritkábbak Forró napok, forró éjszakák, hőhullámok: gyakoribbak Az egyes extrém esetek (pl. hőhullámok az utóbbi években) Különböző faktorok egybeesése: 2003-as hőhullám okai: Állandósult magasnyomású rendszer (több besugárzás), száraz talaj (kevesebb hő fordítodott párolgásra). Egy svájci állomás átlaghőmérsékletei 1864 és 2003 között